Варианты питания электроприводной арматуры в случае аварии питающей сети

Есть продуктовые решения, которые встречаются достаточно редко в стандартном продукте, но применив которые раз, начинаешь получать ощущение удовлетворения от удачного выбора. Про одно из таких решений в электроприводной технике я и хочу рассказать.

Как известно, электроприводы в стандартном исполнении работают по управляющим командам контроллеров. При этом к электроприводу должно быть подведено силовое питание. Если силовое питание привода пропадает по каким–то причинам (например, в случае аварии), электропривод останется в том положении, в котором напряжение пропало. Тогда для завершения техпроцесса необходимо вмешательство оперативного персонала, и закрытие или открытие арматуры нужно осуществлять с помощью ручного дублера. Это отнимает много времени, ресурсов персонала, причем это не всегда безопасно.

Если электроприводы установлены на объек тах с 1–й категорией электропитания, то ничего страшного не должно произойти, потому что присутствует резервная питающая линия. Если же нет, приводы работают на объектах с меньшей категорией, то могут возникнуть достаточно серьезные проблемы при завершении технологического процесса. Для предотвращения таких проблем служит опция батарейного блока, которая встраивается в электроприводы NA. Опция включается при отключении силового питания привода и в зависимости от выбранных заранее установок электропривод с арматурой дорабатывает до состояния «открыто» или «закрыто» без вмешательства оперативного персонала.

Внешний вид электропривода с опцией RBP со встроенным батарейным блоком показан на рисунке.

Все было бы хорошо со всей линейкой, однако даже при такой минимальной потребляемой мощности, объем дополнительных блоков ограничен. Батарей, способных работать с приводами в течение 15 минут, хватает только до мощности электропривода в 40 Вт. В переводе на момент электропривода — это составляет 280 Н•м. Для реализации дальнейших усилий необходимо было другое техническое решение.

Такое решение было спроектировано командой конструкторов ООО «СПД “БИРС”» под названием «электроприводной технологический комплекс» — сокращенно ЭПТК. Решение основано на уникально низкой потребляемой мощности асинхронных двигателей, применяемых в электроприводах NA, которые представляет на российском рынке наша компания. Так, мощность двигателя на электропривод усилием 3500 Н•м составляет всего 230 Вт. На меньшие усилия мощность еще меньше. Решение представляет собой электропривод с однофазным электродвигателем и электронный блок ЭПТК, устанавливаемый в шкафу отдельно от электропривода. Решение покрывает всю линейку четвертьобо ротных приводов компании от усилия 50 Н•м до усилия 3500 Н•м. Реализуется на приводах с однофазными электродвигателями.

Электронный блок для приводов умещается в стандартный алюминиевый корпус, габариты которого показаны ниже.

Электронный блок для приводов - габариты.
Электронный блок для приводов — габариты.

Электронный блок ЭПТК позволяет помимо функции по отработке сигналов на полное открытие или закрытие привода (арматуры) сглаживать нестабильную работу питающей сети и дает возможность нормальной работы электропривода при ее колебаниях от 180 до 266 VAC.

Зависимость работы аккумуляторной батареи от мощности электропривода показана на графике.

Зависимость работы аккумуляторной батареи от мощности электропривода показана на графике.
Зависимость работы аккумуляторной батареи от мощности электропривода показана на графике.

Кривая соответствует результатам измерений времени автономной работы. Все измерения проводились с новыми, полностью заряженными батареями в типичных климатических условиях без подачи напряжения на вход и с резистивной нагрузкой на выходе.

К достоинствам шкафного размещения электронного блока можно отнести возможность установки самого электропривода на открытый воздух с отрицательными температурами до –60 °С с укрытием самого электронного блока дистанционно в отапливаемом помещении. Понятно, что такое решение невозможно при встраивании батарейного блока в сам привод из–за резкого падения работоспособности аккумуляторных батарей при отрицательных температурах. Поэтому разделение привода с электронным блоком в данном случае является большим преимуществом.

Еще одним значимым достоинством применения ЭПТК с приводами «легких» серий является возможность работы одного электронного блока ЭПТК с группой приводов. Например, имеется возможность применения до 25 штук приводов серии SA005 с одним электронным блоком ЭПТК. Это позволяет применить указанные преимущества сразу к группе приводов. При этом стоимость такого решения будет совершенно незначительной.

Итак, перечисляю преимущества электрон ного блока ЭПТК:

  • возможность стабильной работы при колебаниях питающей сети от 180 до 266 В;
  • возможность завершения работы электро привода в нужном направлении при аварийном отключении силового питания;
  • возможность реализации первых двух функций при сильных отрицательных температурах окружающей среды;
  • возможность применения для взрывозащищенных исполнений приводов;
  • возможность группового применения одного электронного блока ЭПТК.

Бриллиант автоматизации. О четвертьоборотных приводах Emico SA005

Маленький, но мощный. Недорогой, но продвинутый. Легкий, но функционально насыщенный. Кто из эксплуатационников не мечтал о таком приводе, ворочая многокилограммовых монстров исполнительной техники, заменяя в них сгоревшие двигатели, оберегая их от прямого попадания солнечных лучей и дождя, пытаясь сочленить их со сделанной под ИСО арматурой…

Предложения зарубежных производителей, присутствующих на российском рынке, также не вполне отвечают всем перечисленным выше требованиям. Что — то очень дорого, что — то из пластика, что — то не отвечает по функциональности… В общем задача нахождения идеального привода не решена до сих пор.

Попробуем сравнить потребительские качества некоторых приводов, представленных на российском рынке. Берем самый маленький привод на 50 Н — м и смотрим по следующим параметрам:

  • цена привода;
  • масса и габариты;
  • потребляемая мощность;
  • разные виды защит, не позволяющие приводу сгореть, с одной стороны, и повредить арматуру с другой;
  • возможность установки в разных местах: как в помещениях, так и на открытом воздухе;
  • возможность подключения к разным системам управления;
  • наращивание опций.

Итоговые значения, как и значения по параметрам трактуются так: чем выше балл, тем хуже параметр по сравнению с аналогичным у конкурентов.

1. Цена — масса

Цена

Наименование

Производитель

Цена, руб. без НДС

Рейтинг

SA005

БИРС-Emico

8 500

1

ПК-50

Тулаэлектропривод

9 200

2

МЭОФ40

ЗЭиМ

9 660

3

МОК 63

Печки

19 660

4

SG04.3

Аума

(851 евро) 38 300

5

Понятно, что цена является в данном исследовании самым «плавающим» фактором. Поэтому методика получения цены была одинаковой для всех — запрос цены на 1 штуку привода на усилие 50 Н — м в самой простой конфигурации, без всяких опций. Цена, выставляемая в евро ( ООО «Приводы » Аума » » ), умножалась на курс ЦБ на день расчета. Цена от «Печек» была получена от их официального представителя по России, компании ООО «Геба индастриз». Остальные цены были получены от заводов — изготовителей.

Попробуем построить двухосевые графики по полученным результатам и прокомментировать их:

Масса привода

Наименование

Производитель

Габариты/V

Масса, кг

Рейтинг по Vгаб

Рейтинг по массе

SA005

БИРС-Emico

148x132x148/0,003

2,7

1

1

МОК63

Печки

213x273x247/0,014

7,4

4

2

МЭОФ40

ЗЭиМ

200x185x230/0,008

8,0

2

3

SG04.3

Аума

381x237x207/0,021

8,3

5

4

ПК-50

Тулаэлектропривод

330x225x168/0,012

9,5

3

5

Самый тяжелый привод у Тулаэлектропривода. Объясняется очень просто — самая старая силовая конструкция из всех приведенных в сравнительном тесте. Рука конструктора не меняла ее несколько десятилетий. Чуть более молодой конструктив у «ЗЭиМа» — всего пару десятилетий. Соответственно и параметры по массе и цене не очень сильно отличаются друг от друга. Применение унифицированных решений для всего ряда приводов и применение принципа модульности, который проповедует «Аума», несомненно, утяжеляют конструкцию привода. Неизменность выбора «Печек» в качестве силовой передачи планетарной также делают конструкцию более тяжелой, чем при применении червячной передачи. В то же время, применение червячной передачи, сделанной по современным конструкторско — технологическим нормам, в индивидуальном, не — унифицированном корпусе может сделать конструкцию привода очень компактной, что и показывает привод SA 005.

При этом я умышленно не фиксирую связь массы привода с его сроком службы из — за разных методик формирования такой информации производителями приводов, потому что в таком случае привод ПК -50 со своими 4-6000 циклами работы явно проиграл бы приводу МОК с 10 000 циклами работы без дополнительного сервисного обслуживания и приводу «Аума» с 20 000 циклов работы с промежуточными сервисными работами. Исполнительные механизмы «ЗЭиМ», проектируемые по ГОСТу на исполнительные механизмы, вообще не предусматривают формирование гарантийных циклов работы в режиме «открыть — закрыть». Приводы SA 005 обеспечивают 20 000 циклов работы электропривода без дополнительного сервисного обслуживания привода.

2. Цена — потребляемая мощность

Потребляемая мощность

Наименование

Производитель

Мощность двигателя, Вт

Потребляемый ток на 220 В, мА

Рейтинг

SA 005

БИРС — Emico

6

230

1

SG 04.3

Аума

15

300

2

МОК 63

Печки

15

370

3

ПК -50

Тулаэлектропривод

90

450

4

МЭОФ 40

ЗЭиМ

95

500

5

Этот параметр опирается на два существенных фактора. Первый — чем больше механическая часть привода, тем мощнее должен быть электродвигатель на входе. Второй — чем выше КПД силовой части привода, тем меньше должен быть электродвигатель на входе. Эти аксиомы прослеживаются очень наглядно. Устаревшие и массивные конструкции от «ЗЭиМ» и «Тулаэлектропривод» демонстрируют самые худшие результаты по параметру потребляемая мощность. В то же время видно, что технологичность немецкой «Аума» при всей массивности конструктива обеспечивает очень высокий КПД силовой передачи и позволяет практически достигнуть лидера теста — привод SA 005. Получается, что КПД привода SA 005 хуже КПД привода «Аума», так как массовые характеристики силовой передачи меньше чем у «Аумы». Не очень сильно отстали от конкурентов и «Печки» — более высокий КПД планетарной силовой передачи дает о себе знать.

3. Цена — защиты привода

Защиты привода

В сравнении этих параметров опять прослеживается историческое наследие продуктов, спроектированных несколько десятилетий назад и современных продуктов. Аутсайдеры теста МЭОФ 40 и ПК -50 демонстрируют явное пренебрежение к защитам отдельных узлов и привода в целом. В то же время более современные приводы имеют практически полный набор современных средств защиты. Высокие IP, защита электродвигателя и внутренних конструкций привода — это обязательный стандартный набор современного привода, что и демонстрируют победители. Отсутствие механических ограничителей на малых конструкциях в приводах «Аума» и NOAX объясняется просто — малые усилия физически не могут разрушить арматуру, на которую будет устанавливаться привод. Поэтому в случае, если не сработают выключатели пути, то все равно сработают термовыключатели электродвигателя. «Печки» пошли немного по другому пути — у однофазного исполнения привода убрали термовыключатели в двигателе, но оставили механические упоры на приводе. Дублирующая система безопасности в сумме сохранилась. У приводостроителей сработал принцип разумной достаточности.

4. Цена — возможность установки на открытом воздухе

Возможность установки в помещениях и на открытом воздухе на арматуру по стандартам ISO 5211

Наименование

Производитель

IP

Лакокрасочное покрытие

Посадка по ISO 5211

Рейтинг

SG04.3

Аума

IP67

KN — стандартная индустриальная защита, возможность работы на открытом воздухе без навеса

F04; F05; F07

1-2

SA005

БИРС-Emico

IP68

Работа на открытом воздухе без навеса

F04; F05; F07

1-2

МОК 63

Печки

IP65

Работа на открытом воздухе с навесом

F04;F05

3

МЭОФ 40

ЗЭиМ

IP54

Работа на открытом воздухе с навесом

Не под ISO

4-5

ПК-50

Тулаэлектропривод

IP54

Работа на открытом воздухе с навесом

Не под ISO

4-5

Ситуация по этому параметру очень похожа на предыдущий тест. Старые конструкции демонстрируют такое же пренебрежение к стойкости лакокрасочного покрытия, удобства установки на арматуру и высокому IP. «Аума» и NOAX демонстрируют схожие высокие показатели. «Печки» несколько отстали из — за того, что более низкий IP привода не позволяет использовать его на открытом воздухе без устройства дополнительного навеса.

5. Цена — протоколы

Этот параметр демонстрирует возможности приводов встраиваться в современные системы управления, в том числе работающие по цифровым протоколам. Здесь видна проделанная работа «ЗЭиМ» по проектированию контроллера привода КИМ и сопряжения его с существующим номенклатурным рядом исполнительных механизмов — отрыв по этому параметру от лидеров незначителен. Только отсутствие работы по протоколу Profibus не поставило его на один уровень с лидерами — «Аумой» и NOAX. Исполнение привода МОК с механическими выключателями не позволило приводам «Печек» дотянуться до лидеров. Ожидаемое последнее место ПК -50 от «Тулаэлектропривода» является следствием его древнего происхождения. До обновления номенклатурного ряда четвертьоборот — ных приводов, которое «Тулаэлектропривод» анонсировали еще несколько лет назад, ничего ждать не приходится.

Возможность подключения к разным системам управления и протоколам передачи данных

Наиме нование

Производитель

Трехточечное управление

( вперед — стоп — назад )

Позиционер

Modbus

Profubus

Рейтинг

SG04.3

Аума

Стандарт

В составе Matic

В составе Matic

В составе Matic

1-2

SA005

БИРС -Emico

Стандарт

Опция

Опция

Опция

1-2

МОК 63

Печки

Стандарт

В составе регулятора ZP2

Нет

Нет

3-4

МЭОФ 40

ЗЭиМ

Стандарт

В составе КИМ

В составе КИМ

Нет

3-4

ПК -50

ТЭП

Стандарт

Нет

Нет

Нет

5

6. Цена — наращивание опций

Наращивание опций

Наименование

Производитель

ПМУ

Встроенный пускатель

Средства диагностики и архивирования

Рейтинг

МЭОФ 40

ЗЭиМ

В составе КИМ

В составе КИМ

В составе КИМ

1

SG04.3

Аума

В составе Matic

В составе Matic

Диагностика ОТКР — ЗАКР

2-3

SA005

БИРС -Emico

Опция

Опция

Диагностика параметров регулятора

2-3

МОК 63

Печки

Да

Нет

Диагностика параметров регулятора

4

ПК -50

Тулаэлектропривод

Нет

Нет

Нет

5

Наименование

Производитель

IP

Термозащита двигателя

Термо-
нагреватель, Вт

Мех. ограничители

Моментные выкл.

Выкл. пути

Рейтинг

SG04.3

Аума

IP67

Термовыключатели

5-20

Да

Нет

Да

1-3

МОК 63

Печки

IP65

Только в 3-фазном

4

Да

Да

Да

1-3

SA005

БИРС-Emico

IP68

Да

2

Нет

Нет

Да

1-3

МЭОФ 40

ЗЭиМ

IP54

Нет

Нет

Да

Нет

Да

4-5

ПК-50

Тулаэлектропривод

IP54

Нет

Нет

Да

Нет

Да

4-5

Этот параметр также демонстрирует принципы построения современных приводов и их возможности без изменения силовой части получить дополнительные опции, в том числе диагностику основных узлов привода. Введение специализированного контроллера привода КИМ -1 вывело приводы «ЗЭиМ» по этому параметру в лидеры теста. Примерно схожие параметры с меньшими возможностями по диагностике привода демонстрируют «Аума» и Emico, а также «Печки». Прогнозируемо полное отсутствие современных опций у «Тулаэлектропривода».